Kristálydefiníció, példák és általános típusok

Egy kristály áll ügy amelyet atomok, molekulák vagy ionok rendezett elrendezése képez. A kialakuló rács három dimenzióban terjed ki.

Mivel vannak ismétlődő egységek, a kristályok felismerhető szerkezetűek. A nagy kristályok sík területeket (arcokat) és jól meghatározott szögeket mutatnak.

A nyilvánvaló lapos felületű kristályokat euéder kristályoknak nevezzük, míg azokat, amelyeknek nincs meghatározott felületük, székesegy kristályoknak nevezzük. Azokat a kristályokat, amelyek rendezett atomtömbökből állnak, és amelyek nem mindig periodikusak, kvazikristályoknak nevezzük.

A "kristály" szó az ókori görög szóból származik krustallos, ami egyaránt jelenti "sziklakristályt" és "jég" -t. A kristályok tudományos vizsgálatát kristályosításnak nevezik.

A mindennapi anyagok, amelyekkel kristályokként szembesülnek, az asztali só (nátrium-klorid vagy halit kristályok), cukor (szacharóz) és hópelyhek. Sok drágakő kristály, beleértve a kvarcot és a gyémántot is.

Számos olyan anyag is található, amelyek hasonlítanak a kristályokra, de valójában polikristályok. Polikristályok alakulnak ki, amikor a mikroszkopikus kristályok összeolvadnak és szilárd anyagot képeznek. Ezek az anyagok nem állnak rendelt rácsokba.

A polikristályokra példa a jég, sok fémminta és kerámiák. Még kevesebb szerkezetet mutatnak az amorf szilárd anyagok, amelyek belső szerkezete rendezetlen. Az amorf szilárd anyag példája az üveg, amely csiszolt formában hasonlíthat a kristályra, mégsem egy.

A kristályokban az atomok vagy az atomcsoportok között képződő kémiai kötések típusa méretüktől és elektronegativitástól függ. A kristályok négy kategóriája, kötésük szerint csoportosítva:

1. Kovalens kristályok: A kovalens kristályokban az atomokat kovalens kötések kötik össze. A tiszta nem fémek kovalens kristályokat (például gyémántot) alkotnak, csakúgy, mint a kovalens vegyületek (például cink-szulfid).
2. Molekuláris kristályok: A teljes molekulák szervezett módon kapcsolódnak egymáshoz. Jó példa erre a cukorkristály, amely szacharóz molekulákat tartalmaz.
3. Fémes kristályok: A fémek gyakran fémkristályokat képeznek, ahol az egyes vegyérték elektronok szabadon mozoghatnak a rácson keresztül. Például a vas különféle fémes kristályokat képezhet.
4. Ionos kristályok: Az elektrosztatikus erők ionos kötéseket képeznek. Klasszikus példa a halit vagy sókristály.

Hét kristályszerkezet-rendszer létezik, amelyeket szintén nevezik rácsok vagy űrrácsok:

1. Kocka vagy izometrikus: Ez az alak tartalmazza az oktaédereket és a dodekaédereket, valamint a kockákat.
2. Négyszögű: Ezek a kristályok prizmákat és kettős piramisokat alkotnak. A szerkezet olyan, mint egy kockakristály, kivéve, hogy az egyik tengely hosszabb, mint a másik.
3. rombos: Ezek rombuszprizmák és dipiramidok, amelyek hasonlítanak a tetragonokhoz, de négyzet alakú keresztmetszet nélkül.
4. Hatszögletű: Hatoldalas hatszögletű prizmák.
5. trigonális: Ezeknek a kristályoknak háromszoros tengelyük van.
6. triklin: A triklinikus kristályok általában nem szimmetrikusak.
7. monoklin: Ezek a kristályok ferde tetragonális alakokra hasonlítanak.

A rácsok cellánként egy vagy több rácspontot tartalmazhatnak, és így összesen 14 Bravais kristályrácstípust kapnak. A Bravais rácsok, amelyeket fizikusnak és Auguste Bravais kristálygörfőrnek neveztek el, háromdimenziós tömböt írnak le, különálló pontok halmaza által.

Az anyag egynél több kristályrácsot képezhet. Például a víz hatszögletű jég (például hópelyhek), köbös jég és romboéder jég képezhet. Amorf jégképződést is képezhet.

A szén gyémántot (köbméretű rács) és grafitot (hatszögletű rács) képezhet.

A kristály képződésének folyamatát nevezzük kristályosodás. A kristályosodás általában akkor fordul elő, amikor egy szilárd kristály folyadékból vagy oldatból növekszik.

Ahogy egy forró oldat lehűl vagy a telített oldat elpárolog, a részecskék elég közel húzódnak ahhoz, hogy kémiai kötések kialakuljanak. A kristályok közvetlenül a gázfázisból történő leválasztással is képezhetnek. A folyékony kristályok szervezett módon orientált részecskékkel rendelkeznek, mint például a szilárd kristályok, azonban képesek áramolni.